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大学毕业论文-近红外光谱信号有效提取方法研究

某某大学2007届毕业论文

1绪论

1.1近红外光谱分析技术1.1.1近红外光谱简介

近红外(NearInfrared简称NIR)光是波长范围介于可见光(VIS)与中

红外(MIR)区之间的电磁波，波长范围为780～2526nm[1]，波数范围

12820～3959cm-1。该谱区是1800年Herchel发现的，由于分子在NIR谱

区的倍频和合频吸收信号弱，谱带相互重叠多，信息量大，解析复杂，受

当时计算分析条件的限制，一直“冷落”至20世纪50年代末，60年代

后随着计算机技术的发展，近红外光谱分析技术得到迅速发展，应用领域

不断扩大，在农业、医药、石油化工、纺织、化妆品、烟草、宝石鉴定等

很多领域得到广泛应用。

近红外光谱分析技术是综合光谱学、化学计量学(Chemometric)[2]和

计算机应用等多学科知识的现代分析技术，分析过程的高效和绿色化又使

其具有典型的现代分析特性。

1.1.2近红外光谱工作原理

近红外光谱分析的原理主要是利用在近红外区用漫反射光谱作定量分

析，决定物质品质的主要成份。近红外技术是依据某一化学成分对近红外

区光谱的吸收特性而进行的定量测定，所以应用NIR光谱进行检测的技术

关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系，依靠这种关系，就能从未

知样品的光谱中求出样品的成分和含量[3]。近红外光谱主要是由于分子

振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记

录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢基

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团某-H(某=C、N、O)的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，

测量的主要是含氢基团某-H振动的倍频和合频吸收。近红外光谱分析技

术，其实就是一种间接的相对分析，通过收集大量具有代表性的标准样本，

通过严格细致的化学分析测出必要的数据，再通过计算机建立数学模型，

即定标，以最大限度反应被测样本群体常态分布规律，然后再通过该数学

模型或定标方程，预测未知样品的所需数据。

从近红外光谱中提取有用信息属于弱信息和多元信息，需要充分利用

现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括

光谱数据处理和数

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据关联技术，数据关联技术主要是化学计量学方法。在近红外光谱的

应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质，因此，如何提取

这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。

1.1.3近红外光谱分析的特点

近红外光谱技术之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有

利工具，是由其技术特点决定的。近红外光谱分析的主要技术特点[4]如

下:(1)分析速度快，测量过程大多可在1min内完成。

(2)分析效率高，通过一次光谱测量和已建立的相应校正模型，可同

时对样品的多个组分或性质进行测定，提供定性、定量结果。

(3)适用的样品范围广，通过相应的测样器件可以直接测量液体、固

体、半固体和胶状体等不同物态的样品，光谱测量方便。

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(4)样品一般不需要预处理，不需要使用化学试剂或高温、高压、大

电流等测试条件，分析后不会产生化学、生物或电磁污染。

(5)分析成本较低(无需繁杂预处理，可多组分同时检测)(6)测试重现

性好。

(7)对样品无损伤，可以在活体分析和医药临床领域